JP2012132355A - Stationary cogeneration system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、定置型熱電併給システムに関する発明である。 The present invention relates to a stationary cogeneration system.
従来、液体燃料や都市ガス等を燃料とするエンジンで発電機を駆動して電力を得ると共に、エンジンからの排熱を回収し熱源として利用する熱電併給システム(コージェネレーションシステム)が知られている。近年、このコージェネレーションシステムはCO2削減や省エネ等の見地から注目されている。例えば、以下の特許文献1に記載のエンジンコージェネレーションシステムは、エンジン及び発電機の組み合わせからなる複数のエンジン発電機と、照明器具等の家電機器からなる電力負荷と、エンジン冷却熱回収用の熱交換器と、エンジン排ガス熱回収用の熱交換器と、家庭内にある給湯設備や空調設備等の熱負荷とを備えており、各エンジンを回転動作して各々の発電機を駆動し、これにより得られた電力を電力負荷に供給すると共に、各熱交換器で回収された排熱を熱負荷に供給する。そして、発電効率及び排熱量の異なる複数の運転モードで各エンジンを回転動作することで、このエンジンコージェネレーションシステムの電力出力と熱出力との比である熱電比を制御して電力需要及び熱需要の変化に追従し、効率のよいエンジンコージェネレーションシステムを得ることができるとしている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a cogeneration system (cogeneration system) that obtains electric power by driving a generator with an engine that uses liquid fuel or city gas as fuel, and that collects exhaust heat from the engine and uses it as a heat source. . In recent years, this cogeneration system has attracted attention from the viewpoint of CO 2 reduction and energy saving. For example, an engine cogeneration system described in Patent Document 1 below includes a plurality of engine generators composed of a combination of an engine and a generator, a power load composed of household appliances such as lighting equipment, and heat for recovering engine cooling heat. It is equipped with an exchanger, a heat exchanger for recovering engine exhaust gas heat, and a heat load such as hot water supply equipment and air conditioning equipment in the home, and each engine is rotated to drive each generator. The electric power obtained by the above is supplied to the electric power load, and the exhaust heat recovered by each heat exchanger is supplied to the heat load. Then, by rotating each engine in a plurality of operation modes with different power generation efficiency and exhaust heat amount, the thermoelectric ratio, which is the ratio between the power output and the heat output of this engine cogeneration system, is controlled to control the power demand and the heat demand. It is said that an efficient engine cogeneration system can be obtained.
しかしながら、上記のエンジンコージェネレーションシステムでは、複数の運転モードによる制御のみで熱電比を変化させており、このような制御のみでは熱電比の変化は段階的なものになる。その結果、電力需要や熱需要に比して、電力供給量や熱供給量が大きくなり、活用されず無駄に捨てられるエネルギが発生する場合がある。 However, in the above-mentioned engine cogeneration system, the thermoelectric ratio is changed only by the control in a plurality of operation modes, and the change of the thermoelectric ratio becomes stepwise only by such control. As a result, the amount of power supply or heat supply is increased compared to the demand for power or heat, and energy that is not utilized but is wasted can be generated.
本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、熱電比を連続的に変化させることで需要に応じ適切に電力及び熱の供給が行える定置型熱電併給システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and provides a stationary combined heat and power supply system capable of appropriately supplying power and heat according to demand by continuously changing the thermoelectric ratio. For the purpose.
本発明の定置型熱電併給システムは、エンジンと、エンジンによって得られる動力で駆動する発電機と、エンジンによって得られる動力で駆動するヒートポンプ用圧縮機と、エンジンによって得られる動力を発電機及びヒートポンプ用圧縮機に分配し、かつ、発電機に分配する動力とヒートポンプ用圧縮機に分配する動力とを連続的に変化させることが可能な動力分配手段とを備える。 The stationary combined heat and power supply system of the present invention includes an engine, a generator driven by power obtained by the engine, a heat pump compressor driven by power obtained by the engine, and power obtained by the engine for the generator and heat pump. Power distribution means for distributing to the compressor and capable of continuously changing the power distributed to the generator and the power distributed to the heat pump compressor is provided.
本発明では、エンジンを運転することによって動力が得られ、この動力が動力分配手段によって発電機及びヒートポンプ用圧縮機に分配され、これら分配された動力によって発電機及びヒートポンプ用圧縮機が駆動する。エンジンによって得られた動力が動力分配手段によって発電機及びヒートポンプ用圧縮機に分配される際、発電機に分配される動力と、ヒートポンプ用圧縮機に分配される動力とは連続的に変化させることができるため、発電機で得られる電力量と、ヒートポンプで得られる熱量とを連続的に変化させることができる。従って、発電機で得られる電力量と、ヒートポンプで得られる熱量との比である熱電比を連続的に変化させることができ、需要に応じ適切に電力及び熱の供給を行うことができる。 In the present invention, power is obtained by operating the engine, and this power is distributed to the generator and the heat pump compressor by the power distribution means, and the generator and the heat pump compressor are driven by the distributed power. When the power obtained by the engine is distributed to the generator and the heat pump compressor by the power distribution means, the power distributed to the generator and the power distributed to the heat pump compressor are continuously changed. Therefore, the amount of electric power obtained by the generator and the amount of heat obtained by the heat pump can be continuously changed. Therefore, the thermoelectric ratio, which is the ratio between the amount of power obtained by the generator and the amount of heat obtained by the heat pump, can be continuously changed, and power and heat can be appropriately supplied according to demand.
ここで、動力分配手段は、エンジンによって得られる動力を発電機及びヒートポンプ用圧縮機に分配する動力分配機構と、発電機の負荷及びヒートポンプ用圧縮機の負荷を調整する調整手段とを有することが好ましい。こうすると、動力分配手段を簡易な構成とすることができる。 Here, the power distribution means may include a power distribution mechanism that distributes the power obtained by the engine to the generator and the heat pump compressor, and an adjustment means that adjusts the load on the generator and the heat pump compressor. preferable. If it carries out like this, a power distribution means can be set as a simple structure.
また、外部電力を利用してヒートポンプ用圧縮機を駆動する圧縮機駆動手段を備えることが好ましい。こうすると、エンジンを運転してヒートポンプ用圧縮機を駆動し熱を得るよりも、商用電力等の外部電力を利用してヒートポンプ用圧縮機を駆動し熱を得る方が熱を得るコストが安い場合に、エンジンを休止し、外部電力を利用してヒートポンプ用圧縮機を駆動することが可能となり、運転コストの低減を図ることができる。 Moreover, it is preferable to provide the compressor drive means which drives the compressor for heat pumps using external electric power. In this case, it is cheaper to obtain heat by driving the heat pump compressor using external power such as commercial power to obtain heat, rather than driving the engine and driving the heat pump compressor. In addition, the engine can be stopped and the heat pump compressor can be driven using external electric power, so that the operating cost can be reduced.
また、ヒートポンプ用圧縮機の駆動を停止し、エンジンで得られる動力を全て発電機に分配する圧縮機停止手段を備えることが好ましい。こうすると、熱需要は無く電力需要のみがある場合等に、エンジンによって得られる動力を全て発電機による発電に用いることが可能となり、効率よく発電を行うことができる。 Moreover, it is preferable to provide a compressor stop means for stopping the drive of the heat pump compressor and distributing all the power obtained by the engine to the generator. In this way, when there is no heat demand and only electric power demand, etc., it becomes possible to use all the power obtained by the engine for power generation by the generator, and to efficiently generate power.
また、外部電力を利用してヒートポンプ用圧縮機を駆動する圧縮機駆動手段と、ヒートポンプ用圧縮機の駆動を停止し、エンジンで得られる動力を全て発電機に分配する圧縮機停止手段と、必要熱量及び自家発電コストに基づいて運転モードを設定する運転モード設定手段と、を備え、運転モード設定手段は、少なくとも、エンジンによって得られる動力を発電機及びヒートポンプ用圧縮機に分配する第1運転モードと、圧縮機停止手段によってヒートポンプ用圧縮機の駆動を停止し、エンジンで得られる動力を全て発電機に分配する第2運転モードと、圧縮機駆動手段によって外部電力を利用してヒートポンプ圧縮機のみを駆動する第3運転モードとを設定することが可能であることが好ましい。こうすると、ユーザニーズ及びコストに基づいて、適切に運転モードを設定することができる。 Also, compressor driving means for driving the heat pump compressor using external power, compressor stopping means for stopping the driving of the heat pump compressor, and distributing all the power obtained by the engine to the generator, and necessary An operation mode setting means for setting the operation mode based on the amount of heat and the private power generation cost, and the operation mode setting means distributes at least the power obtained by the engine to the generator and the heat pump compressor. And a second operation mode in which the driving of the compressor for the heat pump is stopped by the compressor stopping means, and all the power obtained by the engine is distributed to the generator, and only the heat pump compressor uses external power by the compressor driving means. It is preferable that it is possible to set the third operation mode for driving. In this way, it is possible to appropriately set the operation mode based on the user needs and costs.
本発明によれば、熱電比を連続的に変化させることで需要に応じ適切に電力及び熱の供給が行える定置型熱電併給システムを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the stationary type combined heat and power supply system which can supply electric power and heat appropriately according to a demand by changing a thermoelectric ratio continuously can be provided.
以下、図面を参照しつつ本発明の定置型熱電併給システムの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of a stationary combined heat and power supply system of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same element and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図1は、本発明の第1実施形態に係る定置型熱電併給システムを示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing a stationary combined heat and power system according to a first embodiment of the present invention.
定置型熱電併給システム1Aは、オフィスや住宅等に設置され、液体燃料や都市ガス等を燃料とするエンジンを運転することで、オフィスや住宅等に電力及び熱を供給するためのシステムである。この定置型熱電併給システム1Aは、エンジン2、遊星歯車(動力分配機構)3、発電機4、モータ(圧縮機駆動手段)5、ヒートポンプ用圧縮機6、電力変換機構7、電力分配器8、凝縮器9、給湯装置10、膨張弁11、蒸発器12、冷房装置13、ECU14及びユーザコスト算出部15を備えている。
The
エンジン2は、液体燃料や都市ガス等を燃焼して動力を得るためのものである。なお、このエンジン2は、単気筒であっても多気筒であっても良い。
The
遊星歯車3は、エンジン2によって得られる動力を発電機4及びヒートポンプ用圧縮機6に分配するためのものである。
The
図2は、図1に示す定置型熱電併給システムにおける遊星歯車を示す概略断面図である。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a planetary gear in the stationary cogeneration system shown in FIG.
遊星歯車3は、リングギア31、プラネタリキャリア32及びサンギア33を有している。リングギア31はモータ5を介してヒートポンプ用圧縮機6に連結され(図1参照)、プラネタリキャリア32はエンジン2に連結され、サンギア33は発電機4に連結されている。そして、エンジン2によって得られる動力でプラネタリキャリア32が回転され、この回転によってリングギア31及びサンギア33が回転されることで、エンジン2によって得られる動力が発電機4及びヒートポンプ用圧縮機6に分配される。
The
図1に戻り、発電機4は、エンジン2によって得られる動力で駆動し発電を行うためのものであり、発電した電力を電力変換機構7に供給する。
Returning to FIG. 1, the
電力変換機構7は、発電機4で発電した電力を家庭用の交流電力に変換するためのAC/DCコンバータやインバータ等であり、変換した電力を電力分配器8に供給する。
The power conversion mechanism 7 is an AC / DC converter, an inverter, or the like for converting the power generated by the
電力分配器8は、発電機4で発電した電力を商用電力ラインL1及び家庭用電力ラインL2に分配するためのものである。商用電力ラインL1に分配された電力は電力会社等に供給されて売電され、家庭用電力ラインL2に分配された電力は定置型熱電併給システム1Aが設置されたオフィスや住宅等の電気機器等に供給される。また、電力分配器8は、商用電力ラインL1から商用電力(外部電力)を取り込むことが可能であり、取り込んだ商用電力を電力変換機構7に供給する。
The
モータ5は、商用電力を利用してヒートポンプ用圧縮機6を駆動するためのものであり、電力変換機構7から供給される商用電力によって駆動する。モータ5によるヒートポンプ用圧縮機6の駆動は、例えば、このモータ5の回転子の動力を不図示の歯車機構によって遊星歯車3とヒートポンプ用圧縮機6とを連結するシャフト51に伝達し、このシャフト51を回転させることでヒートポンプ用圧縮機6を駆動しても良いし、また、例えば、シャフト51を直接モータ5の回転子とし、このシャフト51を回転させることでヒートポンプ用圧縮機6を駆動しても良い。
The
ヒートポンプ用圧縮機6は、凝縮器9、膨張弁11及び蒸発器12と共にヒートポンプを構成し、エンジン2によって得られる動力又はモータ5の駆動によって得られる動力で駆動して、このヒートポンプを流れる冷媒を圧縮する。
The
凝縮器9は、ヒートポンプ用圧縮機6によって圧縮されて高温の気体となった冷媒と、給湯装置10に貯留された水との間で熱交換を行い、給湯装置10に貯留された水を加熱する。また、給湯装置10は、貯留された水を冷却水としてエンジン2に供給してエンジン2からの排熱を回収し、この排熱によって貯留された水を加熱する。このように、給湯装置10は、ヒートポンプ用圧縮機6の駆動によって得られる熱、及び、エンジン2からの排熱を蓄熱する蓄熱手段として機能する。
The
膨張弁11は、凝縮器9において熱を放出して中温の液体となった冷媒を膨張させる。蒸発器12は、膨張弁11によって膨張されて低温の液体となった冷媒と、冷房装置11に取り込まれた空気との間で熱交換を行い、冷房装置11に取り込まれた空気を冷却する。
The
ECU14は、定置型熱電併給システム1A全体の制御を行うためのものであり、例えばCPU、ROM、RAMを含むコンピュータを主体として構成されている。このECU14は、エンジン2、発電機4、モータ5、ヒートポンプ用圧縮機6、電力変換機構7、電力分配器8、凝縮器9、給湯装置10、膨張弁11、蒸発器12及び冷房装置13等と接続されている。
The
ECU14は、発電機4の負荷及びヒートポンプ用圧縮機6の負荷を調整することで、遊星歯車3から発電機4に分配する動力と、遊星歯車3からヒートポンプ用圧縮機6に分配する動力とを連続的に変化させることが可能となっている。発電器4の負荷及びヒートポンプ用圧縮機6の負荷の調整方法としては、例えば、ECU14からの信号に基づき、電力変換機構7にて発電機4及びモータ5の電気抵抗を変更することで、発電機4によって発電された電力の一部をモータ5に供給してモータ5を駆動し、この駆動によって得られる動力でモータ5に直結された圧縮機6の回転をアシストすることで、発電機4の負荷及びヒートポンプ用圧縮機6の負荷を調整する。このように、ECU14は、発電機4の負荷及びヒートポンプ用圧縮機6の負荷を調整する調整手段として機能する。そして、遊星歯車3及びECU14が、エンジン2によって得られる動力を発電機4及びヒートポンプ用圧縮機6に分配し、かつ、発電機4に分配する動力とヒートポンプ用圧縮機6に分配する動力とを連続的に変化させる動力分配手段として機能する。
The
また、ECU14は、モータ5の負荷又はヒートポンプ用圧縮機6の負荷を調整すること(モータ5の負荷又はヒートポンプ用圧縮機6の負荷を大きくすること)で、遊星歯車3からの動力によってモータ5及びヒートポンプ用圧縮機6が回転しないようにすることが可能となっている。このように、ECU14が、ヒートポンプ用圧縮機6の駆動を停止し、エンジン2で得られる動力を全て発電機4に分配する圧縮機停止手段として機能する。
Further, the
また、ECU14は、定置型熱電併給システム1Aに対して要求される電力量(電力要求)Ein及び熱量(温度要求)Tinを読み込むことが可能となっている。この電力要求Ein及び温度要求Tinは、ユーザがこれらを入力するための入力手段を設け、この入力手段によってユーザが直接入力しても良いし、定置型熱電併給システム1Aにおける過去や現在の電量供給量及び熱供給量等から電力要求Ein及び温度要求Tinを算出する算出手段を設け、この算出手段によって自動的に計算しても良い。そして、ECU14は、電力要求Ein及び温度要求Tinに基づいて、必要発電量x及び必要熱量yを算出し、さらにこれらに基づいて熱電比x/yを算出することが可能となっている。
Further,
上述のように、この定置型熱電併給システム1Aでは、ヒートポンプ用圧縮機6の駆動及びエンジン2からの排熱回収によって給湯装置10に貯留された水を加熱することが可能となっている。ここで、必要熱量yが小さい場合には、ヒートポンプ用圧縮機6を駆動せず、エンジン2からの排熱回収のみで熱を供給する方がコスト的に有利な場合等がある。そこで、ECU14は、エンジン2を駆動するか否かを判定するためのエンジン駆動判定熱量yE、及び、ヒートポンプ用圧縮機6を駆動するか否かを判定するためのヒートポンプ駆動判定熱量yHを記憶している。そして、ECU14は、必要熱量y、駆動判定熱量yE及びヒートポンプ駆動判定熱量yHと、後述する商用電力コストAout及び自家発電コストAinとに基づいて、定置型熱電併給システム1Aの運転モードを設定する運転モード設定手段として機能する。運転モードとしては、例えば、エンジン2によって得られる動力を発電機4及びヒートポンプ用圧縮機6に分配する第1運転モードと、ECU14によってヒートポンプ用圧縮機6の駆動を停止し、エンジン2で得られる動力を全て発電機4に分配する第2運転モードと、モータ5によって商用電力を利用してヒートポンプ圧縮機6のみを駆動する第3運転モードとを設定することが可能である。
As described above, in the stationary combined heat and power supply system 1 </ b> A, the water stored in the hot
ユーザコスト算出部15は、定置型熱電併給システム1Aを運転させるにあたりユーザが負担する自家発電コストAinを算出するユーザコスト算出手段として機能する。このユーザコスト算出部15は、外気温度Tout、エンジン2が燃焼する燃料の料金、季節毎の時間帯による商用電力コストAout及び電力会社への売電料金等の外部環境状態を読み込むことが可能となっている。そして、ユーザコスト算出部15は、外気温度Toutや燃料の料金等に基づいて自家発電コストAinを算出する。
The user
次に、定置型熱電併給システム1Aの動作について説明する。
Next, the operation of the
図3は、図1に示す定置型熱電併給システムの動作を示すフローチャートである。 FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the stationary cogeneration system shown in FIG.
定置型熱電併給システム1Aの動作は、まず、ECU14が、定置型熱電併給システム1Aが正常に運転するか否かを判定することから始まる(ステップS10)。
First, the operation of the stationary combined heat and
ステップS10で、定置型熱電併給システム1Aが正常に運転すると判定された場合、ユーザコスト算出部15は、外気温度Tout、燃料の料金、商用電力コストAout及び売電料金等の外部環境状態を読み込んで自家発電コストAinを算出し、この自家発電コストAinを外部環境状態と共にECU14に送信する(ステップS12)。
When it is determined in step S10 that the stationary combined heat and
次に、ECU14は、電力要求Ein及び温度要求Tinを読み込む(ステップS14)。
Next, the
次に、ECU14は、読み込んだ電力要求Ein及び温度要求Tinに基づいて、必要発電量x及び必要熱量yを算出する(ステップS16)。
Next, the
次に、ECU14は、算出した必要発電量x及び必要熱量yに基づいて、熱電比x/yを算出する(ステップS18)。この熱電比x/yによって、発電機4に分配する動力とヒートポンプ用圧縮機6に分配する動力とが決定される。
Next, the
次に、ECU14は、定置型運転システム1Aの運転モードの設定を行う(ステップS20)。運転モードの設定は以下の手順に従って行う。
Next, the
必要熱量yが下記式(1)を満たし、かつ、自家発電コストAinが下記式(2)を満たす場合、ECU14は運転モードを第1運転モードと設定する。すなわち、第1運転モードは、必要熱量yがエンジン駆動判定熱量yE及びヒートポンプ駆動判定熱量yHの合計よりも大きく、かつ、自家発電コストAinが商用電力コストAoutよりも安いため、エンジン2を駆動して発電機4及びヒートポンプ用圧縮機6を駆動し、発電を行うと共にヒートポンプ用圧縮機6の駆動及びエンジン2からの排熱回収により熱を供給する場合である。
y>yE+yH…(1)
Aout>Ain…(2)
When the necessary heat amount y satisfies the following equation (1) and the private power generation cost A in satisfies the following equation (2), the
y> y E + y H (1)
A out > A in (2)
必要熱量yが下記式(3)及び下記式(4)を満たし、かつ、自家発電コストAinが上記式(2)を満たす場合、ECU14は運転モードを第2運転モードと設定する。すなわち、第2運転モードは、必要熱量yがエンジン駆動判定熱量yE及びヒートポンプ駆動判定熱量yHの合計よりは小さいがエンジン駆動判定熱量yEよりは大きく、かつ、自家発電コストAinが商用電力コストAoutよりも安いため、エンジン2を駆動して発電機4のみを駆動し発電を行うと共に、エンジン2からの排熱回収のみにより熱を供給する場合である。
y<yE+yH…(3)
y>yE…(4)
When the necessary heat amount y satisfies the following formula (3) and the following formula (4) and the private power generation cost A in satisfies the above formula (2), the
y <y E + y H (3)
y> y E (4)
必要熱量yが下記式(5)を満たし、かつ、自家発電コストAinが下記式(6)を満たす場合、ECU14は運転モードを第3運転モードと設定する。すなわち、第3運転モードは、必要熱量yが存在し、かつ、商用電力コストAoutが自家発電コストAinよりも安いため、エンジン2を停止して発電機4による発電を行わず、商用電力を利用してヒートポンプ用圧縮機6を駆動し熱を供給する場合である。
y>0…(5)
Aout<Ain…(6)
When the necessary heat amount y satisfies the following equation (5) and the private power generation cost A in satisfies the following equation (6), the
y> 0 (5)
A out <A in (6)
必要熱量yが下記式(7)を満たし、かつ、自家発電コストAinが上記式(6)を満たす場合、ECU14は運転モードを第4運転モードと設定する。すなわち、第4運転モードは、必要熱量yが無く、かつ、商用電力コストAoutが自家発電コストAinよりも安いため、エンジン2、発電機4及びヒートポンプ用圧縮機6の全てを停止する場合である。
y=0…(7)
When the necessary heat amount y satisfies the following equation (7) and the private power generation cost A in satisfies the above equation (6), the
y = 0 ... (7)
次に、ECU14は、ステップS20で設定した運転モードが第1〜第3運転モードのいずれかに該当するか否かを判定する(ステップS22)。
Next, the
ステップS22で、運転モードが第1〜第3運転モードのいずれかに該当すると判定された場合、ECU14は各要素に信号を送信し、定置型熱電併給システム1AはステップS20で設定された運転モードに応じた運転処理を実行する(ステップS24)。
When it is determined in step S22 that the operation mode corresponds to one of the first to third operation modes, the
ここで、図4〜図6は、図1に示す定置型熱電併給システムが、それぞれ第1〜第3運転モードによる運転をしているときの要部の動作を示す概略ブロック図である。また、表1は、各運転モードにおける要部の稼動状況を示している。
図4及び表1に示すように、第1運転モードでは、エンジン2が駆動し、このエンジン2によって得られる動力が遊星歯車3によって発電機4及びヒートポンプ用圧縮機6に分配され、これらの分配された動力によって発電機4及びヒートポンプ用圧縮機6が駆動する。
As shown in FIG. 4 and Table 1, in the first operation mode, the
この際、ステップS18で決定された熱電比x/yに応じて、ECU14によって発電機4及びモータ5の負荷(電気抵抗)が調整される。そして、発電機4で発電された電力は電力変換機構7を介して一部がモータ5に、残りが電力分配器8に供給され、電力分配器8に供給された電力の一部は電力要求Einに応じて家庭用電力ラインL2に供給され、残りの電力は商用電力ラインL1に供給される。
At this time, the load (electric resistance) of the
図5及び表1に示すように、第2運転モードでは、エンジン2が駆動し、このエンジン2によって得られる動力が遊星歯車3によって発電機4に伝達され、この動力によって発電機4が駆動する。
As shown in FIG. 5 and Table 1, in the second operation mode, the
この際、ECU14によって、モータ5の負荷又はヒートポンプ用圧縮機6の負荷が、モータ5及びヒートポンプ用圧縮機6が回転しないように大きくされ、これによってヒートポンプ用圧縮機6は停止し、エンジン2で得られる動力が全て発電機4に分配される。そして、発電機4で発電された電力は電力変換機構7を介して電力分配器8に供給され、この電力の一部は電力要求Einに応じて家庭用電力ラインL2に供給され、残りの電力は商用電力ラインL1に供給される。
At this time, the load of the
図6及び表1に示すように、第3運転モードでは、エンジン2は停止し、商用電力によってモータ5が駆動してヒートポンプ用圧縮機6が駆動する。
As shown in FIG. 6 and Table 1, in the third operation mode, the
この際、発電機4は、ECU14によって負荷が調整され空転するようになっており、これによってエンジン2が回転しないようになっている。
At this time, the
そして、定置型熱電併給システム1Aの一連の動作が終了する。 And a series of operation | movement of 1 A of stationary type cogeneration systems is complete | finished.
図3に戻り、ステップS10で、定置型熱電併給システム1Aが正常に運転しないと判定された場合、すなわち、定置型熱電併給システム1Aに異常や故障が存在する場合、ECU14はその対応を実行する(ステップS26)。対応は、異常や故障の内容をモニタに表示すること等により実行する。
Returning to FIG. 3, if it is determined in step S10 that the stationary combined heat and
次に、ECU14は、ユーザから定置型熱電併給システム1Aの停止入力があるか否かを判定する(ステップS28)。
Next, the
ステップS28で、ユーザから停止入力があると判定された場合、ECU14は、各要素に信号を送信し、定置型熱電併給システム1Aを停止する(ステップS30)。また、同様に、ステップS22で、運転モードが第1〜第3運転モードのいずれかに該当しないと判定された場合、すなわち、運転モードが第4運転モードに該当する場合、ECU14はステップS30を実行する。そして、定置型熱電併給システム1Aの一連の動作が終了する。
When it is determined in step S28 that there is a stop input from the user, the
ステップS28で、ユーザから停止入力がないと判定された場合、定置型熱電併給システム1Aの一連の動作は終了する。
If it is determined in step S28 that there is no stop input from the user, the series of operations of the stationary combined heat and
このように、定置型熱電併給システム1Aでは、エンジン2を運転することによって動力が得られ、この動力が遊星歯車3によって発電機4及びヒートポンプ用圧縮機6に分配され、これら分配された動力によって発電機4及びヒートポンプ用圧縮機6が駆動する。エンジン2によって得られた動力が遊星歯車3によって発電機4及びヒートポンプ用圧縮機6に分配される際、ECU14が発電機4の負荷及びヒートポンプ用圧縮機6の負荷を調整することによって、発電機4に分配される動力と、ヒートポンプ用圧縮機6に分配される動力とを連続的に変化させることができるため、発電機4で得られる電力量と、ヒートポンプ用圧縮機6、凝縮器9、膨張弁11及び蒸発器12から成るヒートポンプで得られる熱量とを連続的に変化させることができる。従って、発電機4で得られる電力量と、ヒートポンプで得られる熱量との比である熱電比を連続的に変化させることで需要に応じ適切に電力及び熱の供給を行うことができる。
Thus, in the stationary combined heat and
また、定置型熱電併給システム1Aでは、動力分配手段は、エンジン2によって得られる動力を発電機4及びヒートポンプ用圧縮機6に分配する遊星歯車3と、発電機4の負荷及びヒートポンプ用圧縮機6の負荷を調整するECU14とを有して構成されているため、動力分配手段を簡易な構成とすることができる。
In the
また、定置型熱電併給システム1Aは、商用電力を利用してヒートポンプ用圧縮機6を駆動するモータ5を備えているため、エンジン2を運転してヒートポンプ用圧縮機6を駆動し熱を得るよりも、商用電力を利用してヒートポンプ用圧縮機6を駆動し熱を得る方が熱を得るコストが安い場合に、エンジン2を休止し、商用電力を利用してヒートポンプ用圧縮機6を駆動することが可能となり、運転コストの低減を図ることができる。
Moreover, since the
また、定置型熱電併給システム1Aは、モータ5の負荷又はヒートポンプ用圧縮機6の負荷を調整することでヒートポンプ用圧縮機6の駆動を停止し、エンジン2で得られる動力を全て発電機4に分配するECU14を備えているため、必要熱量yは無く必要発電量xのみがある場合や、必要熱量yを給湯装置10によるエンジン2からの排熱回収のみによって供給できる場合等に、エンジン2によって得られる動力を全て発電機4による発電に用いることが可能となり、効率よく発電を行うことができる。
Further, the stationary combined heat and
また、定置型熱電併給システム1Aは、外部環境状態を読み込んで自家発電コストAinを算出するユーザコスト算出部15と、必要熱量y、駆動判定熱量yE、ヒートポンプ駆動判定熱量yH、商用電力コストAout及び自家発電コストAinに基づいて、定置型熱電併給システム1Aの運転モードを設定するECU14とを備えているため、外部環境、ユーザニーズ及び総合効率に応じてユーザが負担するコストを算出し、適切に運転モードを設定することができる。
Further,
次に、本発明の第2実施形態に係る定置型熱電併給システムについて説明する。 Next, a stationary combined heat and power system according to a second embodiment of the present invention will be described.
図7は、本発明の第2実施形態に係る定置型熱電併給システムを示すブロック図である。 FIG. 7 is a block diagram showing a stationary cogeneration system according to the second embodiment of the present invention.
定置型熱電併給システム1Bが、図1に示す第1実施形態に係る定置型熱電併給システム1Aと異なる点は、モータ5を備えておらず、エンジン2と遊星歯車3との間にクラッチ機構16を備えている点である。
The stationary combined heat and
クラッチ機構16は、エンジン2と遊星歯車3とを連結及び切断するためのものである。クラッチ機構16を連結するとエンジン2によって得られる動力が遊星歯車3に伝達され、クラッチ機構16を切断するとエンジン2と遊星歯車3との間の動力伝達が遮断される。クラッチ機構16の連結及び切断は、ECU14によって制御される。
The
ここで、定置型熱電併給システム1Bでは、発電機4は、電力変換機構7から商用電力が供給されるとモータとして駆動する。そして、商用電力によって発電機4をモータとして駆動し、かつ、クラッチ機構16を切断することで、発電機4の駆動による動力をヒートポンプ用圧縮機6のみに伝達し、ヒートポンプ用圧縮機6を駆動することが可能となっている。このように、発電機4及びクラッチ機構16が、商用電力を利用してヒートポンプ用圧縮機6を駆動する圧縮機駆動手段として機能する。
Here, in the stationary cogeneration system 1 </ b> B, the
このような定置型熱電併給システム1Bは、第1実施形態に係る定置型熱電併給システム1Aと同様に、図3のフローチャートに従い動作する。
Such a stationary combined heat and
ここで、定置型熱電併給システム1Bが、ステップS24の運転モードに応じた運転処理を実行する場合について説明する。
Here, the case where the
図8〜図10は、図7に示す定置型熱電併給システムが、それぞれ第1〜第3運転モードによる運転をしているときの要部の動作を示す概略ブロック図である。また、表2は、各運転モードにおける要部の稼動状況を示している。
図8及び表2に示すように、第1運転モードでは、エンジン2が駆動し、このエンジン2によって得られる動力が、連結されたクラッチ機構16を介して遊星歯車3に伝達される。そして、この動力が遊星歯車3によって発電機4及びヒートポンプ用圧縮機6に分配され、これらの分配された動力によって発電機4及びヒートポンプ用圧縮機6が駆動する。
As shown in FIG. 8 and Table 2, in the first operation mode, the
この際、ステップS18で決定された熱電比x/yに応じて、ECU14によって発電機4の負荷及びヒートポンプ用圧縮機6の負荷が調整される。そして、発電機4で発電された電力は電力変換機構7を介して電力分配器8に供給され、この電力の一部は電力要求Einに応じて家庭用電力ラインL2に供給され、残りの電力は商用電力ラインL1に供給される。
At this time, the load of the
図9及び表2に示すように、第2運転モードでは、エンジン2が駆動し、このエンジン2によって得られる動力が、連結されたクラッチ機構16を介して遊星歯車3に伝達される。そして、この動力が遊星歯車3によって発電機4に伝達され、この動力によって発電機4が駆動する。
As shown in FIG. 9 and Table 2, in the second operation mode, the
この際、ECU14によって、ヒートポンプ用圧縮機6の負荷が、ヒートポンプ用圧縮機6が回転しないように大きくされ、これによってヒートポンプ用圧縮機6は停止し、エンジン2で得られる動力が全て発電機4に分配される。そして、発電機4で発電された電力は電力変換機構7を介して電力分配器8に供給され、この電力の一部は電力要求Einに応じて家庭用電力ラインL2に供給され、残りの電力は商用電力ラインL1に供給される。
At this time, the load of the
図10及び表2に示すように、第3運転モードでは、エンジン2は停止し、商用電力によって発電機4がモータとして駆動する。そして、この駆動による動力が遊星歯車3によってヒートポンプ用圧縮機6に伝達され、この動力によってヒートポンプ用圧縮機6が駆動する。
As shown in FIG. 10 and Table 2, in the third operation mode, the
この際、クラッチ機構16は切断され、これによってエンジン2が回転しないようになっている。
At this time, the
このような定置型熱電併給システム1Bが、第1実施形態に係る定置型熱電併給システム1Aと同様の効果を奏することは言うまでもない。
It goes without saying that such a
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、動力分配機構として遊星歯車3が用いられているが、これに代えて、エンジン2で得られる動力を2軸に分配する機構を設け、この2軸をそれぞれCVT(Continuously Variable Transmission)に接続して動力分配機構とし、これら2個のCVTをECU14で制御するようにして動力分配手段としても良い。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above-described embodiment, the
また、上記実施形態では、凝縮器9を給湯装置10に接続し、蒸発器12を冷房装置13に接続しているが、これに代えて、凝縮器9を暖房装置に接続し、蒸発器12を暖房装置の室外機に接続しても良い。
Moreover, in the said embodiment, although the
また、上記実施形態において、太陽光の熱を吸収する太陽光熱吸収手段を設けて給湯装置10に接続し、この太陽光熱吸収手段によって吸収した熱によって給湯装置10に貯留された水を加熱できるようにしても良い。こうすると、エンジン2で燃焼する燃料を低減することが可能となり、CO2の排出量の削減を図ることができる。
Moreover, in the said embodiment, the solar heat absorption means which absorbs the heat | fever of sunlight is provided, it connects to the hot
また、上記実施形態において、太陽光発電装置や蓄電装置等を設けて電力変換機構7に接続し、この太陽光発電装置や蓄電装置等から供給される電力を外部電力として利用しても良い。こうすると、エンジン2で燃焼する燃料を低減することが可能となり、CO2の排出量の削減を図ることができると共に、太陽光発電装置で得た電力を電力会社に売電することができる。また、発電機4や太陽光発電装置で得られた電力を蓄電装置に蓄電することができる。
Moreover, in the said embodiment, a solar power generation device, an electrical storage apparatus, etc. may be provided and connected to the power conversion mechanism 7, and the electric power supplied from this solar power generation device, an electrical storage apparatus, etc. may be utilized as external power. In this way, it becomes possible to reduce the fuel combustion in the
1A,1B…定置型熱電併給システム、2…エンジン、3…遊星歯車、4…発電機、5…モータ、6…ヒートポンプ用圧縮機、14…ECU、16…クラッチ機構。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記エンジンによって得られる動力で駆動する発電機と、
前記エンジンによって得られる動力で駆動するヒートポンプ用圧縮機と、
前記エンジンによって得られる動力を前記発電機及び前記ヒートポンプ用圧縮機に分配し、かつ、前記発電機に分配する動力と前記ヒートポンプ用圧縮機に分配する動力とを連続的に変化させることが可能な動力分配手段と、を備える、
定置型熱電併給システム。 Engine,
A generator driven by the power obtained by the engine;
A heat pump compressor driven by the power obtained by the engine;
The power obtained by the engine is distributed to the generator and the heat pump compressor, and the power distributed to the generator and the power distributed to the heat pump compressor can be continuously changed. Power distribution means,
Stationary combined heat and power system.
前記エンジンによって得られる動力を前記発電機及び前記ヒートポンプ用圧縮機に分配する動力分配機構と、
前記発電機の負荷及び前記ヒートポンプ用圧縮機の負荷を調整する調整手段と、を有する、
請求項1に記載の定置型熱電併給システム。 The power distribution means includes
A power distribution mechanism that distributes power obtained by the engine to the generator and the compressor for the heat pump;
Adjusting means for adjusting the load of the generator and the load of the compressor for the heat pump,
The stationary combined heat and power system according to claim 1.
請求項1又は2に記載の定置型熱電併給システム。 Compressor driving means for driving the compressor for heat pump using external power,
The stationary cogeneration system according to claim 1 or 2.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の定置型熱電併給システム。 Compressor stopping means for stopping driving of the heat pump compressor and distributing all the power obtained by the engine to the generator;
The stationary combined heat and power system according to any one of claims 1 to 3.
前記ヒートポンプ用圧縮機の駆動を停止し、前記エンジンで得られる動力を全て前記発電機に分配する圧縮機停止手段と、
必要熱量及び自家発電コストに基づいて運転モードを設定する運転モード設定手段と、を備え、
前記運転モード設定手段は、少なくとも、前記エンジンによって得られる動力を前記発電機及び前記ヒートポンプ用圧縮機に分配する第1運転モードと、前記圧縮機停止手段によって前記ヒートポンプ用圧縮機の駆動を停止し、前記エンジンで得られる動力を全て前記発電機に分配する第2運転モードと、圧縮機駆動手段によって外部電力を利用して前記ヒートポンプ圧縮機のみを駆動する第3運転モードとを設定することが可能である、
請求項1又は2に記載の定置型熱電併給システム。 Compressor driving means for driving the heat pump compressor using external power;
Compressor stopping means for stopping driving of the compressor for the heat pump and distributing all the power obtained by the engine to the generator;
An operation mode setting means for setting the operation mode based on the necessary heat amount and the private power generation cost,
The operation mode setting means stops driving of the heat pump compressor by at least a first operation mode in which power obtained by the engine is distributed to the generator and the heat pump compressor, and the compressor stop means. A second operation mode in which all the power obtained by the engine is distributed to the generator, and a third operation mode in which only the heat pump compressor is driven by using external power by a compressor driving means. Is possible,
The stationary cogeneration system according to claim 1 or 2.
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